เครื่องมือหลักที่จำเป็นสำหรับการสอบเทียบหัววัด AFM ได้แก่ ตัวอย่างมาตรฐาน ระบบการจัดตำแหน่งด้วยเลเซอร์ อุปกรณ์ควบคุมสิ่งแวดล้อม และซอฟต์แวร์การสอบเทียบ โดยรวมแล้ว เครื่องมือเหล่านี้รับประกันความถูกต้องและความสามารถในการทำซ้ำของการวัดระดับนาโน
I. ตัวอย่างมาตรฐาน: จัดให้มีข้อมูลอ้างอิงทางกายภาพที่ตรวจสอบย้อนกลับได้
ตัวอย่างมาตรฐานทำหน้าที่เป็น "ไม้บรรทัด" ของการสอบเทียบ ซึ่งใช้ในการตรวจสอบและแก้ไขพารามิเตอร์ต่างๆ ของระบบ AFM
1. Z-ตัวอย่างการปรับเทียบความสูงของแกน
TGZ ซีรีส์ Z-มาตรฐานทิศทาง (เช่น TGZ1): นำเสนอความสูงของขั้นที่ทราบ (20.0 ± 1.5 นาโนเมตร) และใช้เพื่อแก้ไขเกนและความเป็นเชิงเส้นของเครื่องสแกนเพียโซอิเล็กทริกแกน Z-
Si(111) Single-Crystal Silicon Steps: มีพื้นผิวเรียบแบบอะตอมด้วยความสูงของขั้นทางทฤษฎีที่ 0.19 nm ทำให้เหมาะสำหรับการสอบเทียบความไวของแกน Z-ความแม่นยำสูงพิเศษ-
2. XY-ตัวอย่างการสอบเทียบแกนสแกนเนอร์
มาตรฐานตะแกรงสามเหลี่ยม TGG1: นำเสนอช่วง 3 ± 0.05 μm และใช้เพื่อตรวจจับความไม่เชิงเส้นในการสแกนด้านข้าง การบิดเบือนเชิงมุม และสำหรับการระบุคุณลักษณะของทิป
TGX1 Checkerboard Square Pillar Array: โครงสร้างเป็นระยะ 2 มิติที่สามารถแก้ไขขนาดพิกเซลและการบิดเบี้ยวของสแกนเนอร์ได้อย่างครอบคลุมทั้งในทิศทาง X และ Y
3. ตัวอย่างการประเมินรูปร่างส่วนปลาย
มาตรฐานการสอบเทียบทิป TGT1 3D: ประกอบด้วยร่องลึกและขอบแหลมคม ใช้ในการสร้างโปรไฟล์ส่วนปลายขึ้นใหม่ และระบุผลกระทบจากการบิดงอของภาพที่เกิดจากการทื่อของปลายหรือการปนเปื้อน
มาตรฐานขั้นพีระมิดของซีรีส์ SHS (50–100 นาโนเมตร): ใช้เพื่อประเมินความละเอียดด้านข้างและอิทธิพลของผนังด้านข้างของโพรบ
เคล็ดลับการใช้งาน: ตัวอย่างมาตรฐานควรเก็บไว้ในที่แห้งและไม่มีฝุ่น- หลีกเลี่ยงการสัมผัสพื้นผิวเพื่อป้องกันรอยขีดข่วนหรือการปนเปื้อน
ครั้งที่สอง ระบบเลเซอร์และเครื่องตรวจจับแสง: ช่วยให้สามารถแปลงสัญญาณแรงได้อย่างแม่นยำ
AFM ตรวจจับการโก่งตัวของคานยื่นโดยใช้หลักการสะท้อนของเลเซอร์ ระบบนี้ต้องการการจัดตำแหน่งที่แม่นยำเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของข้อมูล
ตัวปล่อยเลเซอร์: ปล่อยลำแสงที่โฟกัสไปยังพื้นที่สะท้อนแสงของคานยื่นของโพรบ โฟโตไดโอดควอแดรนท์ (PSPD) สี่- ตัว: รับแสงสะท้อนและแปลงการโก่งตัวของคานยื่นออกมาเป็นสัญญาณไฟฟ้า
กลไกการจัดแนวเลเซอร์: ปรับตำแหน่งเลเซอร์ด้วยตนเองหรือโดยอัตโนมัติเพื่อให้แน่ใจว่าจุดเลเซอร์ตกอยู่ภายในบริเวณที่เหมาะสมที่สุดที่ด้านหลังของคานยื่น
ตัวชี้วัดหลัก: ควรปรับความเข้มของสัญญาณเป็น มากกว่า 80% ของขนาดเต็ม เพื่อหลีกเลี่ยงความอิ่มตัวของสัญญาณหรืออัตราส่วนสัญญาณรบกวน (SNR) - ต่อ- ต่ำเกินไป
III. เครื่องมือควบคุมสิ่งแวดล้อม: กำจัดการรบกวนจากภายนอก
AFM มีความไวต่อสภาพแวดล้อมอย่างมาก และต้องการอุปกรณ์พิเศษเพื่อรักษาสภาพการทำงานที่มั่นคง
ตารางแยกการสั่น: แยกการสั่นของพื้นดินเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของภาพระดับอะตอม-
ห้องอุณหภูมิและความชื้นคงที่ (หรือระบบ HVAC ในห้องปฏิบัติการ): ควบคุมอุณหภูมิภายใน 20–25 องศา และความชื้นภายใน 40%–60% เพื่อลดการเคลื่อนตัวของความร้อนและการดูดซับความชื้น
ตู้ป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า: ป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกรบกวนการรับสัญญาณ
ระบบสายดินแบบจุดเดียว-: หลีกเลี่ยงการเกิดเสียงรบกวนที่เกิดจากกราวด์กราวด์
หมายเหตุ: ความผันผวนของอุณหภูมิเพียง 1 องศาสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ความแม่นยำของการสแกนในระยะเวลานาน-ลดลง
IV. เครื่องมือเสริมและวัสดุสิ้นเปลือง: รองรับการทำงานและบำรุงรักษา
|
ชื่อเครื่องมือ |
คำอธิบายฟังก์ชั่น |
|
แหนบ (ไม่ใช่-แม่เหล็ก) |
ใช้สำหรับการติดตั้งโพรบ ป้องกันการสัมผัสนิ้วกับคานยื่น จึงหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนหรือความเสียหาย |
|
ผ้าเช็ดเอทานอล/ผ้าสำลี-ฟรี |
ใช้เพื่อทำความสะอาดแท่นตัวอย่างและแคลมป์ ป้องกันไม่ให้ฝุ่นรบกวนการสแกน |
|
ไนโตรเจนระเบิด-จากปืน |
ใช้เพื่อขจัดอนุภาคออกจากพื้นผิวตัวอย่าง ป้องกันรอยขีดข่วนที่ปลายโพรบ |
|
ภาชนะจัดเก็บ (สุญญากาศหรือเครื่องดูดความชื้น) |
ใช้เพื่อจัดเก็บตัวอย่างมาตรฐานและโพรบสำรอง ป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการปนเปื้อน |
V. ซอฟต์แวร์การสอบเทียบและอัลกอริทึม: การคำนวณพารามิเตอร์และการชดเชยข้อผิดพลาด
AFM สมัยใหม่มีซอฟต์แวร์พิเศษเพื่อทำให้กระบวนการสอบเทียบเป็นแบบอัตโนมัติ:
โมดูลการสอบเทียบความไว: คำนวณความไวของคันโยกออปติคอลผกผัน (InvOLS) ตามเส้นโค้งระยะทางของแรง-
อัลกอริธึมการแก้ไขความไม่เชิงเส้นของสแกนเนอร์: สร้างตารางการแก้ไขการแมปพิกเซล-สำหรับแกน X และ Y โดยอิงตามรูปภาพของตัวอย่างการสอบเทียบมาตรฐาน
อัลกอริธึมการแยกส่วน: สร้างรูปร่างของปลายโพรบขึ้นใหม่จากภาพที่ได้มาเพื่อแก้ไขการขยายภาพที่เกิดจากการสึกหรอของปลาย (ทื่อ) ฟังก์ชันการชดเชยการเลื่อน: การติดตามการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งตัวอย่าง-แบบเรียลไทม์ เพื่อเพิ่ม-ความเสถียรของภาพในระยะยาว
การปฏิบัติตามมาตรฐาน: เราขอแนะนำให้อ้างอิง ASTM E2546-18 "คำแนะนำมาตรฐานสำหรับการสอบเทียบและการทำงานของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม" สำหรับการสอบเทียบอย่างเป็นระบบ
